Информатика. Часть 2 бесплатное чтение
История развития ЭВМ и Программные средства реализации информационных процессов
1.1. Информационное развитие человечества
Информационные процессы в истории развития человечества можно представить последовательностью в несколько этапов.
Появление письменности (около шести тысяч лет назад) определяет первую информационную революцию, давшую возможность сохранять, обобщать и переосмысливать данные.
Дальнейшее накопление информации привело к увеличению числа людей, нуждавшихся в информационных технологиях (чтение, запись), но ручной способ записи сдерживал потребности. Возникшее противоречие было разрешено созданием печатного станка. Книгопечатание, появившееся в Древнем Китае, и заново изобретенное Иоанном Гуттенбергом в XVI веке, характеризуется как вторая информационная революция, многократно увеличившая объем обмена информацией и вовлеченных в него людей.
Третья информационная революция связывается с открытием электричества и появлением новых средств коммуникации – телефона, телеграфа, радио (конец XIX- начало XX веков). Результатом ее стала резко возросшая скорость обмена информацией.
Рис..1. Информационные процессы в истории развития человечества
К середине XX века появились быстрые технологические процессы, управлять которыми человек не успевал, эти задачи могли решаться только с помощью универсальных автоматов, обрабатывающих полученные данные и выдающих решение в форме управляющих команд. Ныне эти автоматы называются компьютеры. Это время отмечается как четвертая информационная революция. Появились доступные миллионам пользователей недорогие компьютеры, обрабатывающие различные виды информации: звуковую, графическую, видео и др. Компьютеры для совместного участия в информационных процессах соединились в локальные и глобальные сети, появилась всемирная компьютерная сеть Интернет. Тем самым сформировалось мировое информационное пространство.
Рассматривая исторически информационные процессы можно сделать вывод о том, что одной из основных черт цивилизации является рост производства и потребления информации во всех отраслях человеческой деятельности.
1.2. Поколения вычислительной техники. Логические основы и классификация ЭВМ
Чтобы ориентироваться в многообразии средств вычислительной техники, применяются различные классификационные схемы. Сегодня распространены классификация по поколениям (по историческому процессу развития) и по применению.
Принято выделять пять поколений вычислительной техники:
–
Машины, построенные на электронных лампах накаливания. Первая машина EDVAC (1945 г.) вес 30 т, высота 6 м, площадь 120 м
2
, состояла из 18 тыс. электронных ламп, быстродействие – 5тыс. оп/с., в ОП – одна команда (далее UNIAC вся программа в памяти ЭВМ) [СССР: 1950 МЭСМ], быстродействие 1 поколения до 30 тыс.оп/с.
–
Машины, построенные на транзисторных элементах. (50-60 г.г). Это ATLAS (Англия), IBM-704 (США), Минск-32, БЭСМ-6 (СССР). Быстродействие 2 поколения до 1 млн. оп/с.
–
Машины, построенные на интегральных схемах (микросхемах, чипах, 1 ИС = 5000 транзисторов) (70 г.г.). Это IBM/360 (США), ЕС ЭВМ (СССР). Коллективное использование, мейнфреймово/терминальная структура (на сегодняшний день почти заменена системой сервер/клиент). Быстродействие 3 поколения до 10 млн. оп/с.
–
Машины, построенные на БИС (1 БИС = 500 000 транзисторов ). IBM/370 (аналог – «Эльбрус»). Быстродействие 4 поколения до 15 млн. оп/с.
–
Машины, построенные на микропроцессорах (программируемые БИС с собственной памятью и т.д.). Быстродействие 5 поколения до 1 трлн. оп/с.
Существует довольно много классификаций компьютеров. Представим несколько из них.
По применению компьютеры делятся на:
Суперкомпьютеры – для решения глобальных задач (космических, научных).
Большие вычислительные комплексы – для решения региональных проблем, моделирования.
Мини-ЭВМ – серверные станции (для поддержки работы Интернета, управления региональными сетями).
Персональные ЭВМ.
Персональные компьютеры подразделяются на:
Домашний.
Офисный – для работы в сетях.
Мобильный (настольные, наколенные 4-8 кг, блокнотные 2-4 кг, карманные 0,5-1,2 кг).
Рабочая станция – с повышенными требованиями, серверы малых сетей.
Игровой (развлекательный) – с высококачественным видео и звуком.
Существующие персональные компьютеры также можно разделить по используемой платформе.
Платформа – совокупность аппаратно-программного комплекса на собственной идеологии. Надо заметить, что различные платформы компьютеров несовместимы между собой. На рынке представлены в основном следующие платформы:
–
IBM-совместимые, 75% рынка, «платформа WIntel» – сочетание процессоров Intel и ОС Windows; главная идея – унификация комплектующих, открытая архитектура (фирмы IBM, Dell, Compaq, Acer, процессоры также AMD);
–
Apple
Macintosh – 20 % рынка, приоритет в создании ПЭВМ, закрытая архитектура, надежность, удобство; включение в состав структуры – мышь, компьютерное видео, звуковая подсистема, графический интерфейс. Используют в работе со звуком, видео, графикой, полиграфических пакетов (фирма Apple );
–
Amiga – для домашних пользователей, (Commodore) – игры, видео.
В нашей стране широко используются IBM-совместимые компьютеры. Эти компьютеры имеют открытую архитектуру и построены по модульному принципу.
Открытость – возможность замены и подключения более совершенными версиями устройств-компонентов.
Модульность – принципиальная ориентация на стандартные размеры и узлы сопряжения (интерфейсы).
Все современные компьютеры построены по принципам, сформулированным в 40-х годах американским математиком Джоном фон Нейманом.
Принципы Джона фон Неймана:
–
Хранение информации в двоичном коде;
–
Программное управление компьютером (управление с помощью набора команд, выполняемых автоматически);
–
Однородность памяти для команд, чисел и символов;
–
Адресуемость памяти – память представляет пронумерованные ячейки.
Структурная схема ПЭВМ. Джон фон Нейман не только сформулировал принципы работы компьютера, но и определил структурные составляющие схемы, которая с некоторыми дополнениями действительна для всех ПЭВМ. Структурная схема представлена на рис.4.2. Где УВВ – устройства ввода и вывода, АЛУ – арифметически-логическое устройство, УУ – устройство управления.
Рис..2. Структурная схема Дж. фон Неймана
Современная структурная схема (рис.4.3) имеет большую дробность, в нее включены шины (адреса и данных) – физические проводники для потоков двоичной информации, а также дополнительные элементы: внешние запоминающие устройства и внутренние устройства (адаптеры).
Рис..3. Структурная схема ПЭВМ
УВВ – устройства ввода и вывода, АЛУ – арифметически-логическое устройство, УУ – устройство управления, ВЗУ – внешние запоминающие устройства.
На схеме АЛУ и УУ сгруппированы в устройство, называемое процессор. А устройства ввода/вывода вынесены за пределы системного блока, объединяющего все внутренние компоненты. Часть шины, по которой передаются адреса ячеек памяти, называют адресной шиной. Часть шины, отвечающая за передачу содержимого этих ячеек, называют шиной данных.
Вопросы для самопроверки
Какие этапы прошли информационные процессы в истории развития человечества?
Выделяют пять поколений вычислительной техники, охарактеризуйте каждый из них.
Перечислите принципы построения ПК Джона фон Неймана.
Назовите элементы структурной схемы ПЭВМ.
Что понимают под платформой ПК?